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Die Erfindung betrifft einen Spindelantrieb nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie einen Aktuator nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 9. Die Erfindung betrifft auch eine Verwendung des Aktuators.
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Durch die
DE 10 2014 206 934 A1 der Anmelderin wurde ein zweifach wirkender Aktuator, auch Stellmotor oder kurz Steller genannt, für eine Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeuges bekannt. Der Aktuator ist mittig am Achsträger des Kraftfahrzeuges befestigt und wirkt gleichzeitig auf die Lenkung der beiden Hinterräder. Der Aktuator weist einen Spindelantrieb, bestehend aus Spindel und Spindelmutter, auf, welche drehbar im Gehäuse gelagert und axial fixiert ist. Die Spindelmutter wird über einen Elektromotor angetrieben und bewirkt eine Axialverschiebung der Spindel nach der einen oder anderen Seite. Die Spindel weist einen etwa mittig angeordneten Gewindeabschnitt mit einem Bewegungsgewinde, welches in Eingriff mit der Spindelmutter steht, sowie zwei konisch ausgebildete Spindelenden auf, welche jeweils über eine Gewindehülse mit einer Lagerhülse verbunden sind, die ihrerseits gleitend im Gehäuse geführt ist. An den Lagerhülsen, auch Aufschraubzapfen genannt, sind Gelenkgabeln für eine Verbindung mit einem Lenkgestänge angeordnet.
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Ein Problem bei derartigen Spindelantrieben ist die ausreichende Versorgung des Bewegungsgewindes mit einem Schmierstoff. Bei einem Spindelantrieb, der in einem Aktuator, insbesondere für die Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeuges eingebaut ist, muss die Schmierung für die Lebensdauer des Aktuators gewährleistet sein, da eine Nachschmierung nicht möglich ist. Der Schmierstoff muss daher im Bereich des Muttergewindes oder der Spindelmutter zurückgehalten werden, damit er nicht für die Schmierung verloren geht. Es ist bekannt, die Spindelmutter stirnseitig durch Radialwellendichtringe gegenüber der Spindel abzudichten, um einen Schmierstoffaustritt zu vermeiden. Hierzu ist es jedoch erforderlich, dass die Spindel, benachbart zum Spindelgewinde, glatte zylindrische, in der Regel geschliffene Spindelabschnitte aufweist, welche in Kontakt mit den Radialwellendichtringen stehen.
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Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Funktionsfähigkeit, insbesondere die Schmierverhältnisse des Spindelantriebes, bevorzugt in einem Aktuator zu verbessern.
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Die Erfindung umfasst die Merkmale der unabhängigen Ansprüche 1, 9 und 10. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Nach einem ersten Aspekt der Erfindung ist vorgesehen, dass zwischen der Spindel und der Spindelmutter, benachbart zum Muttergewinde, mindestens ein Schmierstoffabstreifer, insbesondere Filzabstreifer angeordnet ist. Der Abstreifer ist in axialer Richtung gesehen bevorzugt unmittelbar neben dem Muttergewinde angeordnet und steht in direktem Kontakt mit dem Spindelgewinde. Es sind somit keine zusätzlichen glatten, gewindelosen Spindelabschnitte, die zusätzlichen Fertigungsaufwand und axialen Bautraum erfordern, notwendig. Alternativ bzw. zusätzlich kann zwischen Abstreifer und Muttergewinde ein Spalt, z.B. ein Ringspalt bestehen, der ein Fettreservoir bildet. Der Abstreifer, der als Dichtmaterial handelsüblich ist, besteht z. B. aus einem technischen Filz oder geeignetem Material, welches verformbar und anschmiegsam ist und aufgrund seiner Faserstruktur über eine Kapillarwirkung verfügt, so dass er den Schmierstoff aufsaugen, speichern und wieder abgeben kann. Der Abstreifer hat somit die Wirkung, dass Schmierstoff, welcher sich auf den Gewindegängen der axial gegenüber der Spindelmutter und dem Abstreifer verschiebbaren Spindel befindet, bei ausfahrender Spindel abgestreift, aufgesogen und gespeichert wird. Beim Ein- oder Zurückfahren der Spindel wird der im Abstreifer gespeicherte Schmierstoff an die Gewindegänge zurückgegeben. Der Schmierstoff bleibt somit trotz ständiger Axialverschiebung der Spindel im Bereich des Muttergewindes und geht somit nicht für die Schmierung verloren. Damit ist ein wesentlicher Beitrag für die Funktionssicherheit des Spindelantriebes erbracht. Die Schmierung des Spindelantriebes ist unverzichtbar, da es sich sowohl bei der Spindel als auch bei der Spindelmutter in der Regel um metallische Werkstoffe handelt, insbesondere sind Spindel und Spindelmutter aus Festigkeitsgründen aus einem Stahlwerkstoff hergestellt.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform weist die Spindelmutter mindestens eine Ausnehmung auf, welche benachbart zum Muttergewinde angeordnet ist und den mindestens einen Abstreifer aufnimmt. Die Ausnehmung ist spanend mittels Bohren, Fräsen oder auch Drehen eingearbeitet. Der Abstreifer befindet sich somit innerhalb der Spindelmutter und wird gegen Verdrehen gesichert, z.B. durch Kleben oder dergleichen, so dass er sich mit der Spindelmutter dreht, d. h. mit dieser synchronisiert ist.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst der Abstreifer einen Filzkörper mit einer Kontaktfläche, welche direkt mit dem Spindelgewinde in Gleitkontakt steht. Über die Kontaktfläche, welche sich über mehrere Windungen des Spindelgewindes erstreckt, wird die Abstreif- oder Abdichtwirkung erzielt.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der Abstreifer einen Filzträger auf, welcher in der Ausnehmung angeordnet ist. Der Filzträger, welcher bevorzugt aus Metall oder Kunststoff herstellbar ist und als Hülse ausgebildet sein kann, nimmt den Filzkörper in sich auf und dient zur sicheren Befestigung des Filzkörpers gegenüber der Spindelmutter, was beispielsweise durch einen Presssitz innerhalb der Bohrung erreicht werden kann.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Kontaktfläche des Filzkörpers ein Innengewindeprofil auf, welches dem Muttergewinde entspricht, d. h. der Filzkörper bildet praktisch eine Fortsetzung des Muttergewindes aus einem anderen Werkstoff, nämlich beispielsweise Filz. Wichtig dabei ist, dass zwischen dem Muttergewinde und dem „Filzgewinde“ möglichst keine Hohlräume belassen sind, in welchen sich der Schmierstoff absetzen könnte. Durch das Gewindeprofil des Abstreifers, welches über das Spindelgewinde in die Kontaktfläche eingeprägt werden kann, wird ein sehr effektiver Abstreif- oder Rückhalteeffekt erreicht.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Kontaktfläche des Filzkörpers als Wellenprofil ausgebildet, d. h. in einem Axialschnitt betrachtet, folgen Wellenberge auf Wellentäler, wobei die Wellenberge den Gleitkontakt mit dem Spindelgewinde herstellen und die Wellentäler als Speichervolumen oder Depots für den Schmierstoff dienen.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Kontaktfläche zylindrisch und profillos ausgebildet und liegt auf dem Außenumfang des Spindelgewindes auf. Der Filzkörper wird sich dann während des Betriebes nach und nach in das Spindelgewinde „eingraben“ und damit die Kontaktfläche vergrößern.
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Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung bildet der Spindelantrieb mit den vorgenannten Merkmalen den Antrieb eines Aktuators, d. h. eines Stellmotors mit mindestens einem axial verschiebbaren Stellglied, welches durch die Spindel verstellt wird. Derartige Aktuatoren sind über ihre Lebensdauer mit Schmierstoff versehen und wartungsfrei. Sie können zumeist nicht zu Reparatur- oder Wartungszwecken geöffnet werden – daher muss eine dauerhafte Schmierung des Spindelantriebes sichergestellt sein. Dies wird durch den erfindungsgemäßen Abstreifer erreicht.
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Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird der Aktuator mit dem erfindungsgemäßen Spindelantrieb für eine Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeuges eingesetzt, wobei es sich um einen einfach oder doppelt wirkenden Aktuator handeln kann, welcher entweder nur auf ein Hinterrad oder auf beide Hinterräder wirkt. Die Funktionssicherheit eines solchen Aktuators ist hierbei von größter Bedeutung.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben, wobei sich aus der Beschreibung und/oder der Zeichnung weitere Merkmale und/oder Vorteile ergeben können. Es zeigen
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1 einen Spindelantrieb mit Abstreifern,
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2 eine erste Ausführungsform eines Filzabstreifers,
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3 eine zweite Ausführungsform eines Filzabstreifers,
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4 eine dritte Ausführungsform eines Filzabstreifers und
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5 einen Aktuator mit Spindelantrieb.
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1 zeigt einen Spindelantrieb 1, welcher eine Spindel 2 und eine Spindelmutter 3 aufweist. Die Spindel 2 steht mit der Spindelmutter 3 über ein Bewegungsgewinde 4, auch Gleitgewinde 4 genannt und bevorzugt als Trapezgewinde ausgebildet, in Eingriff, wobei die Spindelmutter 3 in Drehrichtung antreibbar und die Spindel 2, welche am Verdrehen gehindert ist, in Richtung ihrer Längsachse a verschiebbar ist. Das Bewegungsgewinde 4 umfasst ein Spindel- oder Außengewinde 2a sowie ein Mutter- oder Innengewinde 3a, welches sich über einen etwa mittig angeordneten Bereich m der Spindelmutter 3 erstreckt. Die Spindelmutter 3 weist zwei koaxial zum Muttergewinde 3a angeordnete Bohrungen 5, 6 auf, welche jeweils an das Muttergewinde 3a anschließen und einen gegenüber dem Spindelgewinde 2a vergrößerten Durchmesser aufweisen. Somit ist zwischen dem Spindelgewinde 2a und den Bohrungen 5, 6 jeweils ein Radial- oder Ringspalt s belassen. In den Bohrungen 5, 6 sind jeweils Abstreifer 7, 8 angeordnet, d. h. die erste Bohrung 5 nimmt einen ersten Abstreifer 7 und die zweite Bohrung 6 einen zweiten Abstreifer 8 auf, welche auf ihrer Innenseite in direktem Kontakt mit dem Spindelgewinde 2a stehen. Zwischen den Stirnseiten der Abstreifer 7, 8 und dem jeweiligen Auslauf des Muttergewindes 3a sind Übergangsbereiche 9, 10 in Form eines Ringspaltes belassen, welche in axialer Richtung minimal aber derart bemessen sind, damit sich dort Schmierstoff in Form eines Reservoirs bzw. Depots ablagern kann.
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2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel für einen Abstreifer 11, welcher einen Filzkörper 11a sowie einen Filzträger 11b, in welchem der Filzkörper 11a aufgenommen ist, umfasst. Der Filzträger 11b kann aus einem metallischen Werkstoff oder Kunststoff hergestellt werden und weist bevorzugt die Form einer Hülse auf, welche in eine der beiden Bohrungen 5, 6 (1) eingesetzt und dort fixiert wird, insbesondere auch gegen Verdrehen, z.B. durch Verkleben oder formschlüssig durch eine Presspassung. Damit ist der Filzabstreifer 11 mit der Spindelmutter 3 (1) synchronisiert. Auf der Innenseite weist der Filzkörper 11a eine als Innengewinde 11c ausgebildete Kontaktfläche auf, welche in Eingriff mit dem Spindelgewinde 2a (1) steht. Das Innengewinde 11c entspricht somit dem Muttergewinde 3a der Spindelmutter 3 (1).
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3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung für einen Abstreifer 12, welcher einen Filzkörper 12a und einen Filzträger 12b aufweist. Die Innenseite des Filzkörpers 12a weist ein wellenförmiges Profil 12c auf, welches mit seinen Wellenbergen am Außenumfang des Spindelgewindes 2a (1) anliegt, während die Wellentäler als Depot für den Schmierstoff dienen. Die Anzahl der Wellen und Täler sowie deren Tiefe kann an die jeweiligen Erfordernisse angepasst werden.
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4 zeigt als drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung einen Abstreifer 13 mit einem Filzkörper 13a und einem Filzträger 13b. Die Innenkontur 13c des Filzkörpers 13a ist hier zylindrisch und glatt ausgebildet, d. h. ohne ein Profil. Die zylindrische Innenkontur 13c liegt vollflächig an der Außenkontur des Spindelgewindes 2b an, kann sich jedoch im Laufe des Betriebs in die Gewindegänge (Zwischenräume zwischen den Gewindeflanken) einarbeiten.
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5 zeigt einen Aktuator 14 mit einem erfindungsgemäßen Spindelantrieb 1 gemäß 1, wobei im Folgenden für gleiche Teile gleiche Bezugszahlen wie in 1 verwendet werden. Der Aktuator 14 ist als doppelt, d. h. nach beiden Seiten wirkender Stellmotor ausgebildet, welcher für die Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeuges verwendbar ist und mittig an einem nicht dargestellten Hinterachsträger des Kraftfahrzeuges befestigt wird. Der Aktuator 14, der gleichzeitig auf die Lenkung beider Hinterräder wirkt, weist ein Gehäuse 15 auf, in welchem die Spindelmutter 3 des Spindelantriebs 1 drehbar gelagert und axial fixiert ist. Die Spindelmutter 3 ist über einen Riemen trieb 16 von einem Elektromotor 17 in Drehrichtung antreibbar. Die Spindel 2, welche über die beiden Filzabstreifer 7, 8 abgedichtet ist, ist an ihren beiden Enden mit im Gehäuse 15 axial verschiebbar angeordneten Aufschraubzapfen 18, 19 verbunden, welche ihrerseits über Gelenkstücke 20, 21 mit dem Lenkgestänge der Hinterräder verbunden werden können.
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Abweichend von der Zeichnung, kann der Aktuator auch als einfach oder einseitig wirkender Stellmotor, der jeweils nur auf ein Hinterrad wirkt, ausgebildet sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Spindelantrieb
- 2
- Spindel
- 2a
- Spindelgewinde
- 3
- Spindelmutter
- 3a
- Muttergewinde
- 4
- Bewegungsgewinde
- 5
- erste Ausnehmung, Bohrung
- 6
- zweite Ausnehmung, Bohrung
- 7
- erster Abstreifer
- 8
- zweiter Abstreifer
- 9
- erster Übergangsbereich
- 10
- zweiter Übergangsbereich
- 11
- Filzabstreifer
- 11a
- Filzkörper
- 11b
- Filzträger
- 11c
- Innengewinde
- 12
- Filzabstreifer
- 12a
- Filzkörper
- 12b
- Filzträger
- 12c
- Kontaktfläche
- 13
- Filzabstreifer
- 13a
- Filzkörper
- 13b
- Filzträger
- 13c
- Kontaktfläche
- 14
- Aktuator
- 15
- Gehäuse
- 16
- Riementrieb
- 17
- Elektromotor
- 18
- erster Aufschraubzapfen
- 19
- zweiter Aufschraubzapfen
- 20
- erstes Gelenkstück
- 21
- zweites Gelenkstück
- a
- Spindelachse
- m
- Muttergewindeabschnitt
- s
- Radialspalt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014206934 A1 [0002]
